Астрономи вперше виявили потрійну систему з чорною дірою, яка утворилася без наднової.

Коли масивна зірка вибухає в наднову, і в її центрі відбувається гравітаційний колапс в нейтронну зірку або чорну діру, об'єкт викидає величезну кількість енергії та матерії. Якщо б увесь цей процес був ідеально симетричним, залишок зірки просто «схлопувався» б. Проте на практиці викид зазвичай надає об'єкту потужний початковий «поштовх» (natal kick). З одного боку, він «допомагає» у формуванні компактного об'єкта. З іншого — через «поштовх» об'єкт може навіть викинутися з системи. Принаймні, орбіти його супутників перестраюються.

Теоретичні розрахунки показали, що чорні діри зіркової маси можуть формуватися без наднових і без потужного «поштовху». У прагненні розрахувати мінімальний «поштовх», необхідний для утворення чорної діри, астрономи вивчають системи з чорними дірами.

Особливо цікавими є системи, в яких компактний об'єкт поглинає сусіда — це рентгенівські подвійні. Досліджуючи їх, вчені дійшли висновку, що надто сильний «поштовх», більше 100 кілометрів на секунду, виникає рідко. Нарешті, вони знайшли систему, де чорна діра утворилася, ніби чистим гравітаційним колапсом.

V404 Лебедя — система, що знаходиться приблизно в восьми тисячах світлових років від Землі. У ній знаходиться одна з перших підтверджених в історії чорних дір, описаних ще в 1992 році. Як наслідок, вона вважається однією з найвивченіших. Тим дивніше нове відкриття.

Автори дослідження шукали нові чорні діри, коли їм потрапив знімок V404 Лебедя. Вони звернули увагу, що поруч із системою V404 Лебедя розташована ще одна яскрава точка. Перевіривши швидкість і напрямок руху цієї зірки за каталогом огляду Gaia, вчені дійшли висновку, що вона входить до системи V404 Лебедя. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.

Виявилося, що V404 Лебедя — трійна система, в центрі якої знаходиться щільна пара з чорної діри та поглиненої зірки, а на відстані 3,5 тисяч астрономічних одиниць від них обертається ще одна зірка. Центральна пара знаходиться на відстані 0,14 астрономічної одиниці (середня відстань від Сонця до Землі) одна від одної, тобто вдвічі ближче, ніж Меркурій до Сонця. Третій супутник розташований в 25 тисяч разів далі, ніж відстань між парою, або в 90 разів далі, ніж Плутон від Сонця.

Щоб зібрати повний портрет системи, особливо «зовнішньої» зірки, група вчених об'єднала дані спостережень VLT, огляду Gaia, системи телескопів Pan-Starrs, обсерваторії «Джеміні», обсерваторії Кека та космічного телескопа «Хаббл». Так астрономи з'ясували, що вік третього супутника і, як наслідок, всієї системи — від трьох до п'яти мільярдів років. «Зовнішня» зірка в 1,2 рази масивніша і в 1,85 рази більша за радіусом Сонця. Головне, її існування накладає обмеження на історію активності чорної діри.

«Уявіть, що ви тягнете повітряного змія, але замість міцної мотузки у вас павутинка. Якщо потягнути занадто сильно, павутинка порветься, і ви втратите змія. Гравітація схожа на цю дуже слабку нитку. Якщо зробити щось різке з внутрішньою подвійною, ви втратите зовнішню зірку», — пояснив один з авторів нового дослідження Кевін Бердж з Массачусетського технологічного університету (США).

За допомогою комп'ютерного моделювання вчені показали, що система завжди «виживає», коли чорна діра формується колапсом без наднової і без «поштовху». Це суперечить сучасним моделям, в яких таке можливе лише у випадку надзвичайно масивних об'єктів, а в цій системі чорна діра масою близько дев'яти сонячних мас, тобто нижче теоретичного порогу.

Якби V404 Лебедя була в 1,5 рази далі, Gaia не змогла б розрізнити рух третього супутника. Якщо б він був на 10 відсотків масивнішим або на 20 відсотків менш масивним, то був би занадто тьмяним для інструментів Gaia.

Можливо, таких систем багато, і треті супутники є у багатьох чорних дір зіркової маси, просто наші інструменти їх не бачать. Більше того, як зазначили автори нової роботи, у більшості рентгенівських подвійних з чорною дірою в складі можуть бути такі сусіди. Потрібно лише уважніше придивитися до цих об'єктів.